富CO2流体混合物在多组分电解质水溶液中的溶解度和体积性质的计算模拟及应用
批准号:
42073056
项目类别:
面上项目
资助金额:
50.0 万元
负责人:
毛世德
依托单位:
学科分类:
实验和计算地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
毛世德
中文摘要
近年来,CO2捕获与储存(CCS)被认为是一种有效的减少大气中CO2排放量的方法,深部咸水层因封存储量大被视为CO2封存地点的最佳选择之一。工业排放的CO2气体中通常含有N2、O2、Ar、CH4、H2S等成分,将它们一起封存在深部咸水层则可以减少成本,但是定量评估必须要了解这些富CO2流体混合物的体积与相平衡性质、它们在深部咸水层中的溶解度以及咸水层的体积变化。过去CCS研究一直把它们近似为CO2-H2O-NaCl体系,本项目欲从实际出发,首先建立一个通用的CO2-N2-O2-Ar-CH4-H2S体系的流体状态方程,用来预测其气-液相平衡和体积性质,然后结合Pitzer活度系数理论模拟中低温压下这些混合气体在多组分电解质溶液(Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Cl-、SO42-)中的溶解度,最后结合气-水-盐密度模型来预测这些混合气体溶解后咸水层的体积变化,为相关动力学研究提供理论参数。
英文摘要
CO2 capture and sequestration (CCS) has been regarded as one valid approach to reduce the amount of CO2 emissions to the atmosphere in recent years, and deep saline aquifers are one of the best options due to high potential capacity of CO2 storage for their wide distribution. N2, O2, Ar, CH4 and H2S have always been found with CO2 (the major greenhouse gas) in flue gases generated from industrial processes, and the co- sequestration of both them into deep saline aquifers will reduce the costs of CCS. However, quantitative estimation requires the knowledge of volumetric and phase equilibrium properties of CO2-rich fluid mixture, gas solubility in deep saline aquifers and the volumetric changes after the dissolution of gases. In previous CCS studies, they are approximated as the CO2-H2O-NaCl system. This work will consider the fact, and firstly a general equation of state of CO2-N2-O2-Ar-CH4-H2S fluid mixtures has been developed to predict the vapor-liquid equilibrium and PVTx properties. Then, a model of gas solubility in multi-component electrolyte solution (including Na+, Ca2+, K+, Mg2+, Cl- and SO42-) is presented by combining the Pitzer activity coefficient theory with this new equation of state. Finally, the solubility model and the gas-water-salty density model are combined to predict the volumetric changes after the dissolution of mixture gases in deep saline aquifers, which will provide theoretical parameters for corresponding dynamic research.
在CO2地质捕获与储存(CCS)研究中,深部咸水层是一个封存CO2的理想场所,但是我们对于储存条件下(温度<200 ℃,压力<300 bar)富CO2流体混合物的体积、气液相平衡等热力学性质并不是十分清楚。在本项目的资助下,针对富CO2流体混合物(CO2+N2+O2+Ar+CH4+H2S+SO2+CO+N2O),建立了一个统一的Helmholtz 自由能状态方程,可预测其体积、相平衡等热力学性质。对于二元CO2-CO和CO2-N2O体系,利用高精度等容法进行了压力-体积-温度-组成(PVTx)性质的实验测量,并建立了相应的流体状态方程。利用CO2-CO状态方程,可计算一定温度、压力和组成下的氧逸度,可为高温高压下受氧逸度控制的实验服务。对于CH4和H2S气体,建立了一个多组分电解质溶液中的气体溶解度模型,结合前人成果可预测混合气体(CO2、CH4、H2S)在纯水及电解质水溶液中的溶解度,在CCS研究中可计算溶解度捕获量。对于硬石膏和刚玉,建立了一个宽广温度-压力范围内水-盐体系中的溶解度模型,可解释相应热液矿床的形成。对于CaC2O5矿物,运用量子力学方法对其结构和弹性性质进行了模拟,该结果对于地幔声速的异常有很好的指示意义。另外,对于辉锑矿在热液中的溶解度与沉淀机制,进行了热力学计算与模拟,表明成矿热液在酸性低温或碱性条件下, 流体压力降低可引起辉锑矿沉淀。在本项目的支持下,共发表了6篇国际SCI期刊论文(影响因子均大于2.0),培养了6名硕士毕业生,另有4名博士生和4名硕士生在读。
多组分气-水-盐体系的PVTx和气-液相平衡性质的理论模拟及其在流体包裹体中的应用
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批准号:41673065
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2016
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负责人:毛世德
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依托单位:
宽广温度-压力-组成下CO2(CH4)-H2O-NaCl体系的体积(PVTx)和相平衡性质的理论模拟及其在流体包裹体中的应用
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批准号:41173072
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:毛世德
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依托单位:
国内基金
海外基金